隧道衬砌病害整治轻轨套衬研究

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摘要：轻轨套衬与挂网喷砼加固是运营公路隧道衬砌病害整治的有效措施，在增强裂损衬砌的整体性的同时，大幅提高了裂损衬砌的承载能力，以达到加固的目的。本文介绍了两种方案的主要内容，从技术方案的适用条件、施工难度、加固效果和经济效益等方面进行比较。

关键词：隧道工程；衬砌病害；轻轨套衬；挂网喷砼

0引言

随着我国运营公路隧道里程及运营时间不断增加，受地质、建筑材料、设计、施工、运营等各种因素影响[1-2]，运营隧道病害问题日益突出，部分隧道结构性病害已对洞内行车安全造成较大影响，亟待整治。在隧道净空允许的情况下，可以通过轻轨套衬与挂网喷砼技术来加固衬砌，阻止既有衬砌的进一步开裂变形，达到彻底整治衬砌结构性病害的目的[3]。本文从适用条件、施工难度、加固效果和经济性等方面分析对比轻轨套衬与挂网喷砼加固技术，以期为今后运营公路隧道病害整治过程中科学合理的选择处治方案提供借鉴。

1轻轨套衬与挂网喷砼加固方案介绍

1.1轻轨套衬加固。轻轨套衬加固是在既有衬砌内表面架设轻型钢轨（纵向间距视病害严重程度可设置为0.5~1.0m），在钢轨上挂设钢筋网片，然后喷射钢纤维混凝土形成套拱，达到衬砌结构加固的目的，轻轨套衬结构设计见图1。该方案中根据隧道净空情况选择轻型钢轨（一般采用国标Q5515号轻型钢轨），轻轨节段之间采用Q235钢垫板及高强螺栓连接，钢轨顶腹板设Φ12钢筋网片，钢筋网孔20cm×20cm，钢筋网与钢轨焊接或与钢轨预焊接的钢筋连接件绑扎牢固。主要施工工序为：衬砌裂缝处治→衬砌凿毛→电缆槽拆除→轻轨架设→锁脚锚管打设→恢复电缆槽→钢筋网片挂设→喷射混凝土→恢复涂装。

1.2挂网喷砼加固。挂网喷砼加固是在原有衬砌植入注射式胶黏型锚栓，在锚栓上挂设钢筋网片，然后喷射钢纤维混凝土形成套拱，达到衬砌结构加固的目的，挂网喷砼结构设计见图2。该方案中锚栓一般采用Φ12粘结模扩底锚栓或特殊倒锥形化学锚栓，要求有效锚固深度hef≥10cm，锚栓外露长度不小于70mm（与钢筋网有效连接），锚栓间距60cm×60cm梅花型布置；待锚栓完成并经过验收合格后，挂设Φ12钢筋网，钢筋网片间距20cm×20cm，钢筋网与锚栓采用铁丝交叉绑扎牢固或点焊牢固。主要施工工序为：衬砌裂缝处治→衬砌凿毛→植入锚栓→钢筋网片挂设→喷射混凝土→恢复涂装。

2轻轨套衬与挂网喷砼加固技术对比

2.1适用条件。轻轨套衬加固适用于既有衬砌厚度较原设计厚度严重不足，且裂损严重，或衬砌大面积劣化剥落、隧道结构承载力不足病害的整治，亦可作为严重渗漏水的处治措施。挂网喷砼加固适用于既有衬砌厚度较原设计厚度一般不足，衬砌局部裂损，但结构尚未丧失承载能力的衬砌病害整治。但轻轨套衬与挂网喷砼加固的截面较厚，要求隧道有必要的净空富余，以防止侵入建筑限界。当隧道断面限界富裕小时，须适当凿除既有二衬混凝土,凿除厚度不应大于既有衬砌厚度的1/3，否则将危及衬砌结构安全。

2.2施工难度。与挂网喷砼加固相比，轻轨套衬加固施工工序更加繁杂，质量、安全控制点相应增多。1）要对每榀轻轨打设锁脚锚管并注浆。2）轻轨节段拼装精细化要求较高。为防止隧道因施工原因或经多年运营发生受力变形，断面较标准断面有所变化，轻轨节段加工前需提前对处治段落进行断面复测，并根据所测数据在轻轨节段加工中进行曲线拟合，确保轻轨最大限度密贴既有衬砌。3）轻轨自重较大，为提高轻轨套衬受力可靠性，轻轨安装前需拆除已施工的电缆槽，将轻轨落脚于坚实的混凝土基础上。4）轻轨拼装完成后，为加强轻轨之间及轻轨与原有衬砌之间的联系，达到更好受力效果，各榀轻轨之间需等间距设置纵向连接筋，并在每榀轻轨环向等间距打设U型抱箍筋，U型抱箍筋采用植筋方式植入衬砌，深度一般不小于16cm。

2.3加固效果。轻轨套衬与挂网喷砼加固对隧道结构承载力的影响主要体现在两个方面：首先，受加固材料刚度的影响，采用不同的材料进行受损衬砌加固时，结构的承载能力各不相同；其次，受加固范围的影响，加固范围的大小直接影响结构最终破坏时的形式、内力分布。挂网喷砼整治段落衬砌混凝土内部往往已产生较密集的较宽或毛细裂缝，裂缝局部分割衬砌混凝土而降低病害块体的整体性。挂网喷砼加固前，已采用压力注胶方式对较宽裂缝进行处治，而喷射混凝土由于喷射压力的作用使浆料嵌入裂缝，将衬砌表面裂缝粘结闭合，从而增强病害段衬砌结构的整体性。同时，挂网喷砼加固中钢筋网片的设置能有效防止收缩裂纹，对衬砌结构的整体性和抗冲切能力也有所提高。喷层以及喷层内的钢筋网优势互补,对增加裂损衬砌的刚度、稳定性，提高结构承载力的效果显著[4]。轻轨套衬加固方案包含钢筋网片和喷射混凝土，除以上挂网喷砼加固效果外，由于增设轻型钢轨，内衬-钢轨加固结构自身具有较大的刚度，能够承受弯矩和轴力的作用,因此能够进一步提高隧道结构的承载力。此外，轻轨套衬加固方案中轻型钢轨、钢筋网片、纵向连接筋及U型抱箍筋的连接设计，使喷射混凝土和轻型钢轨均能同时发挥最大作用，避免在轻型钢轨处内衬开裂。

2.4经济对比。以某高速公路运营隧道维修加固经验，将轻轨套衬与挂网喷砼加固方案每延米主要材料进行经济比较，结果见表1。从表1可以看出，在标准相同的条件下，每延米工程量轻轨套衬加固方案主要材料价格高出挂网喷砼将近3000元。高出价格主要体现在轻轨套衬加固方案中增加了大量的轻型钢轨、纵向连接筋及锁脚钢管。

3结论

通过上述比较可以得出，轻轨套衬加固处治施工完成后结构整体受力较好，对衬砌病害处治效果更加显著，可靠性也更强，但施工工序繁杂，施工难度较大，施工中需对原电缆槽拆除重建，电缆槽内已敷设的光缆、消防管道等也需进行保护，施工周期更长，造价更高。挂网喷砼加固工序较为简单，较轻轨套衬加固施工周期短，施工难度小，工程造价也较低，但对植锚栓施工质量要求较高，挂网喷砼加固受锚栓化学胶液使用寿命影响，其耐久性仍需通过后期运营中长期观察确定。

4结语

隧道衬砌病害轻轨套衬和挂网喷砼方案在实际施工中的选用与衬砌病害程度紧密相关[5-6]，需结合表观病害和衬砌雷达检测、钻芯取样等检测手段，综合分析病害成因，科学合理选用。

作者:廖岳泰 单位:甘肃省公路交通建设集团有限公司